了解原子變量和操作

Question

我一遍又一遍地了解了boost和std（c ++ 11）的原子類型和操作，但是我仍然不確定我是否理解正確（在某些情況下我根本不理解）。 因此，我對此有一些疑問。

我用來學習的資料來源：

• Boost文檔： http : //www.boost.org/doc/libs/1_53_0/doc/html/atomic.html
• http://www.developerfusion.com/article/138018/memory-ordering-for-atomic-operations-in-c0x/

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考慮以下代碼段：

atomic<bool> x,y;

void write_x_then_y()
{
    x.store(true, memory_order_relaxed);
    y.store(true, memory_order_release);
}

＃1：是否等效於下一個？

atomic<bool> x,y;

void write_x_then_y()
{
    x.store(true, memory_order_relaxed);
    atomic_thread_fence(memory_order_release);    // *1
    y.store(true, memory_order_relaxed);          // *2
}

＃2：以下陳述正確嗎？

第* 1行保證，當在該行下完成的操作（例如* 2）可見（對於使用Acquisition的其他線程）時，* 1以上的代碼也將可見（帶有新值）。

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接下來的片段擴展了上面的內容：

void read_y_then_x()
{
    if(y.load(memory_order_acquire))
    {
        assert(x.load(memory_order_relaxed));
    }
}

＃3：是否等效於下一個？

void read_y_then_x()
{
    atomic_thread_fence(memory_order_acquire);    // *3
    if(y.load(memory_order_relaxed))              // *4
    {
        assert(x.load(memory_order_relaxed));     // *5
    }
}

＃4：以下陳述正確嗎？

• * 3行確保如果在釋放順序下的某些操作（在其他線程中，如* 2）可見，則在釋放順序以上的每個操作（例如* 1）也將可見。
• 這意味着斷言* 5不會失敗（默認值為false）。
• 但這不能保證即使物理上（在處理器中）* 2發生在* 3之前，也可以通過在上面（在不同線程中運行）進行剪切而看到-函數read_y_then_x（）仍然可以讀取舊值。 唯一可以保證的是，如果y為true，則x也將為true。

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＃5：遞增（加1的操作）原子整數可以被memory_order_relaxed並且沒有數據丟失。 唯一的問題是結果可見性的順序和時間。

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根據提升，以下是工作參考計數器：

#include <boost/intrusive_ptr.hpp>
#include <boost/atomic.hpp>

class X {
public:
  typedef boost::intrusive_ptr<X> pointer;
  X() : refcount_(0) {}

private:
  mutable boost::atomic<int> refcount_;
  friend void intrusive_ptr_add_ref(const X * x)
  {
    x->refcount_.fetch_add(1, boost::memory_order_relaxed);
  }
  friend void intrusive_ptr_release(const X * x)
  {
    if (x->refcount_.fetch_sub(1, boost::memory_order_release) == 1) {
      boost::atomic_thread_fence(boost::memory_order_acquire);
      delete x;
    }
  }
};

＃6為什么要減少使用的memory_order_release？ 它是如何工作的（在上下文中）？ 如果我早先寫的是真的，是什么使返回值是最新的，特別是當我們使用獲取AFTER讀數而不是在讀前/讀中？

＃7為什么參考計數器達到零后會有獲取指令？ 我們剛剛讀到計數器為零，並且沒有使用其他原子變量（指針本身未標記/使用）。

Answer 1

1：否。釋放圍欄與所有獲取操作和圍欄同步。 如果存在在第三線程中操縱的第三atomic<bool> z ，則籬笆也將與該第三線程同步，這是不必要的。 話雖如此，它們在x86上的作用相同，但這是因為x86具有非常強的同步性。 1000個核心系統上使用的體系結構往往較弱。

2：是的，這是正確的。 柵欄確保您看到之后的所有內容，也看到之前的所有內容。

3：通常，它們是不同的，但實際上它們是相同的。 允許編譯器對不同變量的兩個寬松操作進行重新排序，但不得引入虛假操作。 如果編譯器有某種方式可以確定需要讀取x，則可以在讀取y之前這樣做。 在您的特定情況下，這對於編譯器來說非常困難，但是在許多類似的情況下，這種重新排序是公平的。

4：所有這些都是對的。 原子操作保證一致性。 它們並不總是保證事情按照您想要的順序發生，它們只是防止破壞您的算法的病理順序。

5：正確 輕松的操作確實是原子的。 他們只是不同步任何額外的內存

6：對於任何給定的原子對象M ，C ++保證對M進行操作的“正式”順序。 您不會像C ++那樣看到M的“最新”值，並且處理器保證所有線程將看到M一系列一致的值。 如果有兩個線程將refcount遞增，然后遞減，則沒有保證人會將其遞減為0，但有一個保證人保證其中一個會看到將其遞減為0。這兩種方法都無法實現看到它們遞減了2-> 1和2-> 1，但是以某種方式引用計數將它們組合為0。一個線程將始終看到2-> 1，而另一個線程將看到1-> 0。

請記住，內存順序更多地是關於在原子周圍同步內存。 無論您使用什么存儲順序，原子都將得到正確處理。

7：這比較棘手 7的簡短版本是遞減是釋放順序，因為某些線程必須運行x的析構函數，並且我們要確保它能看到在所有線程上對x進行的所有操作。 在析構函數上使用發布順序可以滿足此需求，因為您可以證明它可以正常工作。 負責刪除x的人必須先獲取所有更改（使用圍欄確保刪除器中的原子不會向上漂移）。 在線程釋放自己的引用的所有情況下，很明顯，在調用刪除程序之前，所有線程都會有一個釋放順序遞減。 如果一個線程增加了引用計數，而另一個線程減少了引用計數，則可以證明唯一有效的方法是線程彼此同步，以便析構函數可以看到兩個線程的結果。 同步失敗無論如何都會造成爭用情況，因此用戶必須正確處理。

Answer 2

1個

在考慮了＃1之后，我已經確信[atomics.fences]此論點§29.8.3不等同於[atomics.fences] ：

如果存在原子操作X，使得釋放柵欄A與原子操作B同步，原子操作B對原子對象M執行獲取操作，使得A在X之前排序，X修改M，並且B讀取X寫入的值或一個值如果是釋放操作，則假設的釋放順序X中任何由副作用產生的結果都會出現。

本段說，釋放防護只能與獲取操作同步。 但是釋放操作可以與消耗操作同步。

Answer 3

帶有獲取圍欄的void read_y_then_x（）將圍欄放置在錯誤的位置。 它應該放置在兩個原子載荷之間。 從本質上講，獲取圍欄會使圍欄上方的所有負載都像獲取負載一樣起作用，除了之前執行該圍欄之前無法確定發生的情況。